Java之多态

我会带着你远行 2024-04-01 18:13 82阅读 0赞

**目录**

1 多态的概念

2 多态实现条件

3.重写

3.1 重写的概念

3.2 重写的规则

3.3重载和重写的区别

4 向上转移和向下转型

4.1 向上转型

4.1.1 使用场景

4.2 向下转型

5 多态的优缺点

5.1 优点

5.2 缺点

6 避免在构造方法中调用重写的方法

--------------------

## 1 多态的概念 ##

通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同 的状态。

总的来说：同一件事情，发生在不同对象身上，就会产生不同的结果。

## 2 多态实现条件 ##

在java中要实现多态，必须要满足如下几个条件，缺一不可：

1.必须在继承体系下

2.子类必须要对父类方法进行重写

3.通过父类的引用调用重写方法

多态体现：在代码运行时，当传递不同类对象时，会调用对应类中的方法。

class Animal {
        String name;
        int age;
        public Animal(String name, int age){
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
        public void eat(){
            System.out.println(name + "吃饭");
        }
    }
    class Cat extends Animal{
        public Cat(String name, int age){
            super(name, age);
        }
        @Override
        public void eat(){
            System.out.println(name+"吃鱼~~~");
        }
    }
    class Dog extends Animal {
        public Dog(String name, int age){
            super(name, age);
        }
        @Override
        public void eat(){
            System.out.println(name+"吃骨头~~~");
        }
    }
    public class Test {
        public static void eat(Animal a){
            a.eat();
        }
        public static void main(String[] args) {
            Cat cat = new Cat("元宝",2);
            Dog dog = new Dog("小七", 1);
            eat(cat);
            eat(dog);
        }
    }

编写eat这个方法时，参数类型为Animal（父类），此时在该方法内部不知道，也并不关注当前引用指向的是哪个类型的实例，此时这个引用调用eat方法可能有多种不同的表现，这种类型就叫做多态。

## 3.重写 ##

### 3.1 重写的概念 ###

重写(override)：也称为覆盖。重写是子类对父类非静态、非private修饰，非final修饰，非构造方法等的实现过程进行重新编写, 返回值和形参都不能改变。即外壳不变，核心重写！

重写的好处在于子类可以根据需要，定义特定于自己的行为。 也就是说子类能够根据需要实现父类的方法。

### 3.2 重写的规则 ###

*  子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致： 返回值类型 方法名 (参数列表) 要完全一致

*  被重写的方法返回值类型可以不同，但是必须是具有父子关系的

class Animal{
        public String name;
        public int age;
        public Animal eat(){
            System.out.println(name+"吃饭");
            return null;
        }
    }
    class Dog extends Animal{
        public void wang() {
            System.out.println(name + "汪汪叫");
        }
        @Override
        public Dog eat() {
            System.out.println(name+"吃狗粮");
            return null;
        }
    }

*  访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类方法被public修饰，则子类中重写该方法就不能声明为 protected

> java: Dog中的eat()无法覆盖Animal中的eat()  
> 正在尝试分配更低的访问权限;

*  父类被static、private修饰的方法、构造方法都不能被重写。

class Animal{
        public String name;
        public int age;
        public static void eat(){
            System.out.println(name+"吃饭");
        }
    }

> java: 无法从静态上下文中引用非静态

class Animal{
        public String name;
        public int age;
        private Animal(){
        }
    }

> java: Animal() 在 Animal 中是 private 访问控制

*  重写的方法, 可以使用 @Override 注解来显式指定. 有了这个注解能帮我们进行一些合法性校验. 例如不小心将方法名字拼写错了 (比如写成 aet), 那么此时编译器就会发现父类中没有 aet 方法, 就会编译报错, 提示无法构成重写.

### 3.3重载和重写的区别 ###

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>区别</td> 
   <td>重写（override）</td> 
   <td>重载（override）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>参数列表</td> 
   <td>一定不能修改</td> 
   <td>必须修改</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>返回类型</td> 
   <td>一定不能修改【除非可以构成父子关系】</td> 
   <td>可以修改</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>访问限定符</td> 
   <td>一定不能做更严格的限定【可以降低限定】</td> 
   <td>可以修改</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

静态绑定：也称为前期绑定(早绑定)，即在编译时，根据用户所传递实参类型就确定了具体调用那个方法。典型代表函数重载。

动态绑定：也称为后期绑定(晚绑定)，即在编译时，不能确定方法的行为，需要等到程序运行时，才能够确定具体调用那个类的方法。

## 4 向上转移和向下转型 ##

### 4.1 向上转型 ###

向上转型：实际就是创建一个子类对象，将其当成父类对象来使用。

语法格式：

> 父类类型 对象名 = new 子类类型()

animal是父类类型，但可以引用一个子类对象，因为是从小范围向大范围的转换。

> Animal animal1=new Dog();

#### 4.1.1 使用场景 ####

1.直接赋值

class Animal{
        public String name;
        public int age;
        public void eat(){
            System.out.println(name+"吃饭");
        }
    }
    class Dog extends Animal{
        public void wang(){
            System.out.println(name+"汪汪叫");
        }
    }
    public class Test2 {
        public static void main(String[] args) {
            Animal animal1=new Dog();//父类引用指向子类对象
            animal1.name="bai";
            animal1.eat();
            //animal1.wang();
            //向上转型不能调用子类特有的方法
        }
    }

2 方法传参

形参为父类型引用，可以接收任意子类的对象

class Animal{
        public String name;
        public int age;
        public void eat(){
            System.out.println(name+"吃饭");
        }
    }
    class Dog extends Animal{
        public void wang(){
            System.out.println(name+"汪汪叫");
        }
    }
    public class Test2 {
        public static void func(Animal animal){
           animal.eat();
        }
        public static void main(String[] args) {
            Dog dog=new Dog();
            dog.name="bai";
            func(dog);
        }
    }

3 方法返回

返回任意子类对象

class Animal{
        public String name;
        public int age;
        public void eat(){
            System.out.println(name+"吃饭");
        }
        public Animal(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    }
    class Dog extends Animal{
    
    
        public Dog(String name, int age) {
            super(name,age);
        }
    
        public void wang(){
            System.out.println(name+"汪汪叫");
        }
    }
    public class Test2 {
        public static Animal func(String var){
            if("狗".equals(var) ){
                return new Dog("狗狗",10);
            }else{
                return null;
            }
        }
        public static void main(String[] args) {
            Animal animal = func("狗");
            System.out.println(animal.name);
            System.out.println(animal.age);
    
        }
    }

向上转型的优点：让代码实现更简单灵活。

向上转型的缺陷：不能调用到子类特有的方法。

### 4.2 向下转型 ###

将一个子类对象经过向上转型之后当成父类方法使用，再无法调用子类的方法，但有时候可能需要调用子类特有的方法，此时：将父类引用再还原为子类对象即可，即向下转换。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    Cat cat = new Cat("元",2);
    Dog dog = new Dog("小", 1);
    Animal animal = cat;
    animal.eat();
    animal = dog;
    animal.eat();
    }

编译失败，编译时编译器将animal当成Animal对象处理

向下转型用的比较少，而且不安全，万一转换失败，运行时就会抛异常。Java中为了提高向下转型的安全性，引入了 instanceof ，如果该表达式为true，则可以安全转换。

if(animal instanceof Dog){
        dog = (Dog)animal;
        dog.bark();
    }

## 5 多态的优缺点 ##

### 5.1 优点 ###

1. 能够降低代码的 "圈复杂度", 避免使用大量的 if - else

打印的不是一个形状了, 而是多个形状. 如果不基于多态, 实现代码如下:

public static void drawMap(){
        Rect rect=new Rect();
        Cycle cycle=new Cycle();
        Flower flower=new Flower();
        String[] shapes = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "flower"};
        for (String s : shapes) {
            if (s.equals("cycle")) {
                cycle.dsraw();
            } else if (.equals("rect")) {
                rect.draw();
            } else if (s.equals("flower")) {
                flower.draw();
            }
        }
    }

如果使用使用多态, 则不必写这么多的 if - else 分支语句, 代码更简单.

public static void drawMap(){
        Rect rect=new Rect();
        Cycle cycle=new Cycle();
        Flower flower=new Flower();
        // 创建了一个 Shape 对象的数组.
        Shape[] shapes={cycle,rect,cycle,rect,flower};
        //向上转型
        //每个类型是Shape类型
        //Shape shape1=new Cycle();...
    
        for(Shape shape:shapes){
            shape.draw();
        }
    }

2 可扩展能力更强

class Triangle extends Shape {
        @Override
        public void draw() {
            System.out.println("△");
        }
    }

### 5.2 缺点 ###

代码的运行效率降低。

1. 属性没有多态性

当父类和子类都有同名属性的时候，通过父类引用，只能引用父类自己的成员属性

2. 构造方法没有多态性

## 6 避免在构造方法中调用重写的方法 ##

一段有坑的代码. 我们创建两个类, B 是父类, D 是子类. D 中重写 func 方法. 并且在 B 的构造方法中调用 func

class B {
        public B() {
    // do nothing //父类没有初始化完成
            func();//父类的构造没有完成
        }
        public void func() {
            System.out.println("B.func()");
        }
    }
    class D extends B {
        private int num = 1;
    
        public D() {
            super();
        }
    
        @Override
        public void func() {
            System.out.println("D.func() " + num);
        }
    }
    public class Test4 {
        public static void main(String[] args) {
            D d = new D();
        }
    }

> D.func() 0

*  构造 D 对象的同时, 会调用 B 的构造方法.
 *  B 的构造方法中调用了 func 方法, 此时会触发动态绑定, 会调用到 D 中的 func
 *  此时 D 对象自身还没有构造, 此时 num 处在未初始化的状态, 值为 0. 如果具备多态性，num的值应该是1.
 *  所以在构造函数内，尽量避免使用实例方法，除了final和private方法。